(57)【要約】      （修正有）【課題】接合時の昇温で接合部材が熱膨張しても接合部材にかかる圧力をタイムラグを起こさないで軽減し、精度を損なうこと無く接合体を得ることのできるパルス通電による接合装置と接合方法を提供すること。【解決手段】接合部材１にパルス電流を供給する１対の電極２と、電極にパルス電流を通電するパルス電流発生機３と、電極を加圧するための加圧手段４とを備えたパルス通電による接合装置において、電極が弾性力を有する電極であるパルス通電による接合装置、並びに接合部材の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように所定の圧力で加圧しつつ、接合部材の任意な方向に一対の電極をあて、接合部材のみにパルス通電させ接合するパルス通電による接合法において、接合部材にパルス電流を供給する電極として弾性力を有する電極を用いることを特徴とするパルス通電による接合方法。【選択図】図１
2005230823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電可能な接合部材にパルス電流を供給する１対の電極と、前記電極にパルス電流を通電するパルス電流発生機と、前記電極を加圧するための加圧手段とを備えたパルス通電による接合装置において、前記電極が弾性力を有する電極であるパルス通電による接合装置。
【請求項２】
弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンが使用されていることを特徴とする、請求項１記載の接合装置。
【請求項３】
通電可能な接合部材の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように所定の圧力で加圧しつつ、前記接合部材の任意な方向に一対の電極をあて、前記接合部材のみにパルス通電させ接合するパルス通電による接合法において、前記接合部材にパルス電流を供給する電極として弾性力を有する電極を用いることを特徴とするパルス通電による接合方法。
【請求項４】
弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンを使用することを特徴とする、請求項３記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス通電による接合装置と接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パルス通電による接合方法が様々な部材の接合に用いられている。
このパルス通電による接合方法においては、接合部材を加圧しつつパルス通電している。
接合時に接合部材にかかる圧力は、圧力センサーを使い、コントロールしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、精度の厳しい接合部材や、温度がかかるとつぶれやすい接合部材などにおいては、精度よく接合することが困難であった。これは、圧力センサーからの信号に即時に応答するだけの圧力制御機構が実現できないためである。
特許文献１記載の発明では、ボールねじを電動モータで駆動することで圧力制御を行おうとしているが、接合時の昇温に伴う接合部材の熱膨張で圧力制御にタイムラグを生じ、接合部材のつぶれを引き起こすという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１２２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、接合時の昇温で接合部材が熱膨張しても接合部材にかかる圧力をタイムラグを起こさないで軽減し、精度を損なうこと無く接合体を得ることのできるパルス通電による接合装置と接合方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
接合時にかける圧力をできるだけ少なくすると、昇温による熱膨張での接合部材のつぶれが少なくなるものの、初期圧力が異常に低いと、電極と接合部材間に僅かな隙間が発生し、異常発熱が発生することが分かった。この場合、接合部材はこの異常発熱で溶けるような不具合となる。
一方、この異常発熱を避けるために、初期圧力を高くすると、接合部材が昇温で熱膨張し、圧力が更に高くなって接合部材のつぶれが発生する。
そこで本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、本発明者は、接合部材にパルス電流を供給する電極構造に弾力性を持たせることで初期に設定した圧力が昇温で熱膨張しても該圧力を維持し、接合部材のつぶれを回避できることを知見し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
さらに、本発明者は、接合部材に接する電極構造にカーボンを用いることで、１０００℃を超える高温まで電極構造の劣化無く使用可能となることを知見し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る本発明は、通電可能な接合部材にパルス電流を供給する１対の電極と、前記電極にパルス電流を通電するパルス電流発生機と、前記電極を加圧するための加圧手段とを備えたパルス通電による接合装置において、前記電極が弾性力を有する電極であるパルス通電による接合装置を提供するものである。
請求項２に係る本発明は、弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンが使用されていることを特徴とする、請求項１記載の接合装置を提供するものである。
請求項３に係る本発明は、通電可能な接合部材の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように所定の圧力で加圧しつつ、前記接合部材の任意な方向に一対の電極をあて、前記接合部材のみにパルス通電させ接合するパルス通電による接合法において、前記接合部材にパルス電流を供給する電極として弾性力を有する電極を用いることを特徴とするパルス通電による接合方法を提供するものである。
請求項４に係る本発明は、弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンを使用することを特徴とする、請求項３記載の接合方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１、２に係る本発明によれば、寸法精度の厳しい接合部材の接合が容易となり、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とせずに接合部材のつぶれを回避することのできるパルス通電による接合装置が提供される。
また、請求項３、４に係る本発明によれば、寸法精度の厳しい接合部材の接合が容易となり、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とせずに接合部材のつぶれを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
請求項１に係る本発明は、通電可能な接合部材（以下、単に「接合部材」と称することがある。）にパルス電流を供給する１対の電極と、前記電極にパルス電流を通電するパルス電流発生機と、前記電極を加圧するための加圧手段とを備えたパルス通電による接合装置において、前記電極が弾性力を有する電極であるパルス通電による接合装置である。
図１は、請求項１に係る本発明のパルス通電による接合装置の一態様を示す説明図である。
図１において、符号１は接合部材を示し、符号２は電極を示している。また、符号３は、パルス電流発生機を示し、符号４は、電極を加圧するための加圧手段（例えば、エアーシリンダーや油圧シリンダー）を示している。
なお、図１において、符号２Ａは上ラム電極を示し、符号２Ｂは下ラム電極を示している。但し、これら上下のラム電極は、それぞれ上下の電極２と一体となったものでも良い。また、符号５は、チャンバー内を真空状態にしうる真空チャンバーを示している。この真空チャンバーは、真空雰囲気だけでなく、必要に応じて不活性ガス雰囲気とすることもできるようにされている。
【００１０】
図１において、接合部材１は弾性電極２、２で挟まれ、該弾性電極２、２はそれぞれ上下ラム電極２Ａ、２Ｂに接している。
下ラム電極２Ｂは、その下部に設けられている、電極を加圧するための加圧手段により接合部材１を持ち上げ加圧するように構成されている。電極を加圧するための加圧手段としては、例えば、エアーシリンダーや油圧シリンダーが挙げられる。
なお、図１では、電極が上下一対設けられているものを示しているが、これに限定されるものではない。例えば、並列的に上下一対ずつ設けられている電極間に、本発明で特色とする弾性電極を使用することにより、一度に多数個の接合体を得ることができる。
【００１１】
請求項１に係る発明においては、接合部材にパルス電流を供給する電極として、弾性力を有する電極２を用いることが必要である。
パルス通電接合装置としては、本発明の方法で特色とする「弾性力を有する電極」以外は、基本的には一般に用いられている、接合部材にパルス電流を供給する１対の電極と、前記電極にパルス電流を通電するパルス電流発生機と、前記電極を加圧するための加圧手段とを備えたパルス通電による接合装置を用いることができる。必ずしも図１に示されるようなパルス通電接合装置に限定されるものではない。
【００１２】
弾性力を有する電極２としては、例えば、つるまきバネのようなバネを用いたものが挙げられる。バネ材としては、ステンレス製でも良いが、耐熱性が高く、しかも素材自体にも若干の弾力性があることから、カーボン製が好ましい。なお、１回限りの使用の場合には、カーボンシートを積み重ねることによっても弾性力を有する電極２とすることができる。
即ち、請求項１に係る発明における弾性力を有する電極２としては、請求項２に記載したように、弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンが使用されていることが好ましい。接合部材に接する電極構造にカーボンを用いることで、１０００℃を超える高温まで電極構造の劣化無く使用可能となる。
以下、「弾性力を有する電極」を単に「弾性電極」と称することがある。また、「弾性力を有するカーボン製の電極」は単に「弾性カーボン電極」と称することがある。
【００１３】
通常、このようなバネの上下に、カーボンブロックの平板などからなるバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）を配置したものを、弾性力を有する電極２として用いる。図２は、電極２として、そのようなバネ６の上下にカーボンブロックの平板からなるバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）を配置したものを示す断面説明図である。
また、バネ６単独の他に、バネ６の周囲に、カーボンチップ又はカーボンファイバー８を充填したものを、弾性力を有する電極２として用いることもできる。図３は、電極２として、そのようなバネ６の周囲に、カーボンチップ又はカーボンファイバー８を充填し、さらにその上下にカーボンブロックの平板からなるバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）を配置したものを示す断面説明図である。
【００１４】
さらには、バネを用いずに、カーボンチップ又はカーボンファイバーをカーボンブロックの平板などからなる上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂとの間に充填したものを弾性力を有する電極２として用いることもできる。図４は、電極２として、バネ６を用いずに、カーボンチップ又はカーボンファイバー８をカーボンブロックの平板からなる上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂの間に充填したものを示す断面説明図である。
カーボンチップ又はカーボンファイバー８は、塊となると弾性を有し、接合時のパルス電流の通り道となるので、接合部材１へパルス電流をより効率的に供給することができる。
また、カーボンチップ又はカーボンファイバー８は、パルス電流で発熱することから、接合部材１への熱供給が可能となる。
【００１５】
通常、カーボンブロックの平板などからなるバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）、バネ６、カーボンチップ又はカーボンファイバー８の外周は、図５に示すように、厚さ０．２ｍｍ程度のカーボンシート９で２重に巻かれている。
カーボンブロックの平板などからなるバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）のうち、一方のバネ部材をＳＵＳ製等の針金で縛るなどして固定し、他方のバネ部材は自由に上下動できるようにしておく、ことが好ましい。
【００１６】
なお、電極２としては、上記したようにバネ６の上下にカーボンブロックの平板７からなるバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）を配置したものだけでなく、図６に示すように、下側バネ部材７Ｂとしてカーボンブロックの平板の代わりに、カーボンブロックをくりぬいた如き形状のものを用いることができる。この場合、外周に巻くカーボンシート９は省略することができる。
【００１７】
また、図７〜１０に示すように、上下のバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）のいずれか一方又は両方をカーボンブロックの平板でなく、カーボンブロックの平板の中央部に突起１０を設けた形状のものとすることができる。
図６〜１０において、上下のバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）のいずれか一方が、上下動できるようになっている。
図７は、下側バネ部材７Ｂとして、カーボンブロックの平板７の代わりに、カーボンブロックの平板の中央部に突起１０を設けた形状のものを用いた例を示している。図７の場合、バネ６は２本用いられている。
図８は、図７においてバネ６を１本用いた例を示している。
図９は、図７の例において、下側バネ部材７Ｂだけでなく、上側バネ部材７Ａも、カーボンブロックの平板の中央部に突起１０を設けた形状のものを用いた例を示している。
図１０は、図９において、バネ６を１本用いた例を示す断面説明図である。つまり、図１０は、図８の例において、下側バネ部材７Ｂだけでなく、上側バネ部材７Ａも、カーボンブロックの平板の中央部に突起１０を設けた形状のものを用いた例を示している。即ち、内蔵するバネ６は、突起１０を取り囲んで１本でもいいし、突起１０を挟んで２本以上使用してもよい。
【００１８】
図７〜１０に示すように、上下のバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）のいずれか一方又は両方をカーボンブロックの平板でなく、カーボンブロックの平板の中央部に突起１０を設けた形状のものとした場合には、いわゆる戸当りの如く機能し、バネ６が完全に押し縮められる前に、この突起１０で相手側のバネ部材７を押す構造となっている。このため、初期加重を大きくする必要がある場合に有効である。
【００１９】
請求項１、２に係る本発明においては、上記した如き「弾性力を有する電極」以外は、基本的には一般に用いられているパルス通電接合装置をそのまま用いることができる。
【００２０】
次に、請求項３に係る本発明は、パルス通電による接合工法において、接合部材にパルス電流を供給する電極として弾性力を有する電極を用いることを特徴とするパルス通電による接合方法を提供するものであり、請求項４に係る本発明は、弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンを使用することを特徴とする、請求項３記載の接合方法を提供するものである。
請求項３、４に係る本発明においても、上記した如き「弾性力を有する電極」以外は、基本的には一般に用いられているパルス通電接合方法をそのまま用いることができる。パルス通電接合の条件も、基本的には一般に用いられているパルス通電接合方法における条件を採用することができる。
パルス通電接合法は、基本的にはパルス通電による自己発熱を利用した接合法である。
「弾性力を有する電極」としては、上記請求項１、２に係る本発明において記載したとおりである。
【００２１】
パルス通電接合は、通常、真空又は不活性ガス雰囲気中において行われる。即ち、パルス通電接合を行う際には、真空雰囲気としておくことが望ましいが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下において行っても良い。
【００２２】
接合部材としては、通電可能なものであれば特に制限されないが、極めて高精度の寸法加工が施されたものを用いることが好ましい。また、接合部材の両面又は片面は、予め洗浄し、汚れや付着物などを取り除いておくことが望ましい。具体的には例えば、超音波等を用い、イソプロパノールなどの有機溶剤を用いて接合部材の両面又は片面を洗浄しておくことが望ましい。或いは、接合部材の両面又は片面に、スパッタ、洗浄液等による清浄化を施し、接合界面の異物、酸化膜、不動態被膜等を除去して接合を行っても良い。さらには、接合部材の両面又は片面に、アルゴン雰囲気下でのプラズマ処理もしくは大気圧下でのプラズマ照射処理による界面改質を施しておいても良い。このようなアルゴン雰囲気下でのプラズマ処理による界面改質を施すことにより、界面の酸化被膜等を除去し、接合を容易ならしめることができる。
【００２３】
さらに、接合部材としては、接合面の両面又は片面に鏡面乃至平滑化処理を施されたものが好ましい。接合面の両面又は片面に鏡面乃至平滑化処理を施す方法としては、研磨、バフ仕上げ等公知の方法が挙げられる。この処理により接合面の表面粗度を０．５μｍ以下の鏡面乃至平滑面に仕上げておくことが望ましい。
なお、パルス通電による接合を行うにあたっては、接合部材は、必要に応じて、Ｖブロックなどを用いて正確な位置決めを行ってもよい。
【００２４】
本発明において、接合部材１にパルス電流を供給する電極として弾性力を有する電極を用いる理由は次のとおりである。
即ち、パルス通電接合中に、接合部材１が昇温し、ある一定温度以上になると接合部材１が軟化し、降伏応力が減衰する。接合部材１が軟化すると、加圧力が分散し、横への変形が起こる。横に膨らむ変形が起こるということは、圧力が横方向に分散し、接合方向にかからず、加圧力の応答性が悪くなり、良い結果が得られないことになる。従って、接合部材１が昇温し、降伏応力が減衰するのに伴い、加圧力をそれ以下の範囲で徐々に下げることが望ましい。つまり、降伏応力と加圧力の最も適切な応答性のある接合加圧力に調節することが良い。
しかも、パルス通電時における加熱により接合部材１が発熱し、膨張することから、加熱膨張による加圧力の上昇をも考慮しなければならない。
このため、パルス通電接合の初期と比べて、その後の段階では、加圧力を下げている。これにより、接合力の低下を防ぎ、加圧力の調節を行わない場合と比べて、接合力を増大させることができる。
しかしながら、接合部材１の加熱による膨張分を適宜測定し、或いは降伏応力の減衰を適宜測定し、これに合わせて加圧力を逐一弱めるためには、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とする。また、接合時の昇温に伴う接合部材の熱膨張で圧力制御にタイムラグを生じ、接合部材のつぶれを引き起こすという問題もある。
本発明では、弾性力を有する電極２を用いることにより、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とせず、しかも接合時の昇温に伴う接合部材の熱膨張で圧力制御にタイムラグを生じ、接合部材のつぶれを引き起こすという問題を生ずることなく、パルス通電時における加熱膨張による加圧力の上昇を適宜抑えることができる。この結果、寸法精度が良好な製品に仕上げることができる。
【００２５】
即ち、パルス通電接合の初期より後の段階では、自己発熱により接合部材１がかなり高温となり膨張することから、膨張した分だけ加圧力を弱めることが必要となる。
この場合、通常の弾性力のない電極であると、加熱による膨張分を適宜測定し、これに合わせて加圧力を逐一弱める必要がある。そのためには圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とする。また、接合時の昇温に伴う接合部材の熱膨張で圧力制御にタイムラグを生じ、接合部材のつぶれを引き起こすという問題もある。
しかしながら、このような弾性力を有する電極（弾性カーボン電極）２を用いると、加熱による膨張分を吸収し、パルス通電時における加熱膨張による加圧力のいわば必然的に起こる上昇をある程度自動的に抑えることができる。また、接合部材１にかかる偏圧を防ぎ、より寸法精度の高い仕上がりとすることができる。
通常のカーボン電極を使用すると、接合部材１の各部位の寸法にバラツキが発生し、精度を確保することができないが、このような弾性カーボン電極２を使用することにより、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とすることなく、接合部材１の各部位の寸法の偏差をなくし、寸法精度の良い仕上がりとすることができる。また、このような弾性力を有する電極を使用することで、真空チャンバー内の負圧による電極間の圧力変化も吸収することができる。
【００２６】
なお、本発明においては、接合部材１の熱の発散を防止し、温度ムラを防ぐために、接合部材１外周に、１重乃至多重の反射板を設置することができる。
【００２７】
以下、パルス通電の条件等について、請求項３、４に係る本発明を参照しつつ述べる。
請求項３、４に係る本発明は、通電可能な接合部材１の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように所定の圧力で加圧しつつ、前記接合部材の任意な方向に一対の電極２をあて、前記接合部材１のみにパルス通電させ接合するパルス通電による接合方法に関するものである。
請求項３、４に係る本発明は、このようなパルス通電による接合方法において、接合部材１にパルス電流を供給する電極２として弾性力を有する電極を用いることを特徴とするものである。
ここで接合部材１にパルス電流を供給する電極２として弾性力を有する電極としては、請求項１、２に係る本発明において記載したものを用いることができる。
【００２８】
請求項３、４に係る本発明において、パルス通電接合方法としては、基本的には一般に用いられているパルス通電接合方法を用いることができる。
即ち、接合部材１の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように所定の圧力で加圧しつつ、接合部材の任意な方向に一対の電極２をあて、接合部材１のみにパルス通電させる。
図１では、電極方向と接合界面加圧方向とが同じものを示しているが、電極方向と接合界面加圧方向とは、異なっていても良いし、同じであっても良い。
接合部材１と接する電極２の形状は、接合部材１の形状に合わせ、円盤状でも、通電可能なローラー状でも良いし、さらには彫り込んだものであっても良い。
【００２９】
ここで「のみに通電させる。」とは、接合部材以外に通電するようなものを使用しないということであり、換言すると放電プラズマ焼結法で一般に用いられている、接合部材を取り囲むようなカーボン型を使用しないということである。
電極間に接合部材以外の接合部材を取り囲む通電可能なカーボン型を使用しないことによって、通電可能なカーボン型を使用することによる電流密度の低下を防ぎ、また、接合部材側帯部の直接温度制御を可能にして効率の良い接合をし、併せて、これまでカーボン型の中で円盤又は円柱状のみしかできなかった接合部材の形状的制約を排除し、任意な形状の接合が可能となり、飛躍的に接合範囲を拡大した。
【００３０】
このとき、突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることができる。これにより長尺の部材などを短時間に効率良く接合することができる。
このような外部から強制的に加熱する手段としては特に制限はないが、マイクロ波誘導加熱、ミリ波誘導加熱、サブミリ波誘導加熱などの誘導加熱方式が最も好ましい。この他に高周波加熱等が挙げられ、これらの１種を単独で、或いは２種以上を組み合わせて用いることができる。
外部から強制的に加熱する際の加熱時間は、一般的には６０分以下とすれば良い。
【００３１】
パルス電流としては通常直流が用いられ、請求項３、４に係る本発明においては、デューティー比、つまりパルスのＯＮとＯＦＦの比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）が８６〜９９．９％、好ましくは９０〜９９．９％のパルス電流を流すことが好ましい。
このようなパルスのＯＮ時間の比率の高いパルス電流を流し、自己発熱により全体を緩やかに昇温させて、なるべく部材全体を均一に昇温させることが好ましい。
【００３２】
また、パルス電流としては、１００〜５００００Ａ、好ましくは３００〜３００００Ａの範囲のものが用いられ、電圧は１００Ｖ以下である。本発明においては、このようなパルス電流による通電処理を２段階に分けて行うことができる。
【００３３】
請求項３、４に係る本発明においては、パルス通電による接合を行った後、所定温度で熱処理することが好ましい。
パルス通電による接合時には、自己発熱により温度を上げ所定温度としているが、上記熱処理はパルス通電によるものではないことから、外部加熱により温度を上げ所定温度とする必要がある。
【００３４】
請求項３、４に係る本発明においては、上記したように接合部材を取り囲むカーボン型を使用せず、接合部材１のみに通電させることにより、電流密度を上げ、接合界面間にパルス電流を流すことによって、パルス通電による接合処理を行う。
パルス通電による接合時には、上記したようなパルス電流を流し、必要に応じて外部から強制的に加熱しながら通電させ、接合部材、例えば銅製のリング状セルの溶融点（１０８３℃）の６５％以上、９０％未満まで自己発熱により温度を上昇させる。より具体的には、前記したように７００℃以上１０００℃以下の温度まで自己発熱により温度を上昇させる。この温度帯域に達したときの温度（ピーク温度）を、０．５〜６０分間程度保持することにより、パルス通電による接合処理を行う。なお、この際には真空雰囲気としておくことが望ましいが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下において行っても良い。
【００３５】
請求項１に係る本発明においては、このようにしてパルス通電による接合処理を行った後に、所定の条件で熱処理する。この熱処理により、相互拡散されることから、この熱処理を「相互拡散接合処理」ということもできる。このような相互拡散接合処理を行うことにより、完全にかつ短時間で接合することができる。１回の相互拡散接合処理では完全に接合しない場合も考えられることから、１回だけでなく、それ以上の複数回にわたる相互拡散接合処理を行ってもよい。
これまでは焼結後にいわゆる焼き戻し処理などを行うことにより、固相状態で接合することは行われてきたが、これとこの相互拡散接合処理とは全く異なる。パルス通電における相互拡散接合処理はこれまで他に見られない。
【００３６】
このような相互拡散接合処理は、接合部材、例えば銅製のリング状セルの溶融点（１０８３℃）の７０％以上、９０％未満で行うことができる。より具体的には、前記したように８００℃以上１０００℃以下の温度で行う。この温度は、前記原子間微小溶融時の温度と同程度、或いはこれより若干高い温度である。前記したように、この熱処理はパルス通電によるものではないことから、外部加熱により温度を上げる必要がある。
【００３７】
なお、本発明でいう「温度」とは、あくまで接合面近傍表面、つまり接合面側帯表面を、例えば赤外線パイロスコープ、放射温度計、熱電対等を用いて測ったときの温度を指している。接合界面の温度は、実際には測定できないのが現状である。接合界面は、実際には極めて微小範囲であり、極めて短時間に溶融点以上の温度を繰り返し、微小局部においては材料成分の高温高圧蒸気状態を繰り返して塑性流動を促していると推測される。
【００３８】
この相互拡散接合処理を行う際には、パルス電流は流さない。また、加圧は特に必要ないが、前段階からの加圧をそのまま引き続いて行っても良い。この相互拡散接合処理を行う際には、８００℃以上１０００℃以下の温度に達したときの温度（ピーク温度）を０．５〜３時間、好ましくは０．５〜１．５時間保持することが望ましい。これにより極めて強固かつ短時間に接合することができる。
【００３９】
請求項３、４に係る本発明では、上記したようにパルス通電による接合処理を行った後に、引き続いて所定条件にて熱処理する相互拡散接合処理を行うこと、つまりパルス通電による接合処理を行い液相状態とした後に、相互拡散接合処理すること、が好ましい。
このような液相状態とした後の相互拡散接合処理は、あくまでパルス通電における液相状態とした後の相互拡散接合処理を指しており、従来公知の液相拡散接合とは異なっている。従来公知の液相拡散接合は、接合面間に低融点部材をインサートして行う場合に生ずる現象を指しており、明らかにここでいう液相状態とした後の相互拡散接合処理とは異なっているが、そのような液相状態での拡散がパルス通電においても生ずることが分かった。なお、この「液相状態とした後の相互拡散接合処理」は、溶融させて液相状態とした後に相互拡散させる点で、溶融させてはおらず固相状態で拡散させる「固相拡散」とは明確に異なる。
【００４０】
このようなパルス通電において液相状態とした後の熱処理（相互拡散接合処理）によれば、ねじり試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得られ、接合部材１を極めて強固かつ確実に短時間で、しかも低コストで接合することができる。
【００４１】
本発明は以上の如きものである。このようにして本発明によれば、寸法精度の厳しい接合部材の接合が容易となり、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とせずに接合部材のつぶれを回避することができる。なお、接合完成後、所望の公知各種熱処理を施すこともできる。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明はこれらによって何ら制限されるものではない。
実施例１
（１）接合
図１に示すようなパルス通電接合装置、即ち接合部材１にパルス電流を供給する１対の電極２と、前記電極２にパルス電流を通電するパルス電流発生機３と、前記電極２を加圧するための加圧手段４とを備え、さらに真空チャンバー５を備えたパルス通電による接合装置を用いてパルス通電による接合を行った。
電極２としては、上側電極として、図３、図５に示すような、バネ６の周囲に、カーボンチップ８を充填し、さらにその上下にカーボンブロックの平板７を配置した構造を有する弾性カーボン電極（直径１００ｍｍ×厚さ９３ｍｍ）を用いた。また、下側電極として、図４に示すような、バネ６を用いずに、カーボンチップ８をカーボンブロックの平板７の間に充填した構造を有する弾性カーボン電極（直径１００ｍｍ×厚さ６７ｍｍ）を用いた。
【００４３】
また、接合部材１として、表面粗度が０．５μｍ以下であり、直径６１ｍｍ、厚さ８．７４ｍｍの円板の中央部に直径２０ｍｍの空洞を有する無酸素銅製のリング状セル１０枚を用いた。なお、接合面積は２５ｃｍ２である。
このリング状セル１をまず超音波を用い、イソプロパノールで洗浄した。
次いで、このリング状セル１を１０段重ね、１００ｋｇの加重をかけてパルス通電による接合(第１段階接合)を行った。パルス比は９８：２とした。このとき温度は最大３１０℃まで上昇した。パルス電流は４００Ａであった。
以上の操作の間、雰囲気は１０Ｐａ以下の真空に保った。
その後、１００ｋｇの荷重をかけて加圧した状態で、接合部材１の両端に一対の電極をあて、接合部材１のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にパルス比が９８：２のパルス電流（６００Ａ）を流すことによって、パルス通電による接合(第２段階接合)処理を行った。このときの接合部温度（接合側帯部表面温度）は８００℃であり、保持時間は３分間であった。
なお、このとき接合部材１の周囲に反射板を１重に巻き付け覆った。
【００４４】
しかる後、パルス通電を止め、外部加熱により８５０℃の温度において熱処理を行った。
以上の操作の間、雰囲気は５Ｐａ以下の真空に保った。
即ち、前記液相での原子間微小溶融させた後の１０段の接合部材１について、この１０段の接合部材１を８５０℃の温度で１１０分間保持することにより、相互拡散接合処理した。
このようにして、１０段のリング状セル接合物を製造した。
【００４５】
（２）ねじり破壊試験
このようにして得られた１０段のリング状セル接合物より切り出した試験片について、接合面をねじるようにレンチを用いてねじり破壊試験を行った。図１１は、１０段のリング状セル接合物より切り出した試験片について、ねじり破壊試験を行った後における状態を示す写真像図である。この図１１には、併せて試験片を切り出した後の１０段のリング状セル接合物も示されている。
その結果、図１１に示すように、レンチで両接合片が大変形してねじれても接合部から剥離破断しなかった。
【００４６】
（３）寸法変化の測定結果
次に、このようにして得られた１０段のリング状セル接合物について、図１２に示す４箇所の測定部位（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）における寸法変化を調べた。結果を図１３に示す。
図１３によれば、本発明のように弾性カーボン電極を用いることにより、著しく寸法変化が小さいことが分かる。即ち、偏差は僅か８μｍ以内（寸法比０．００９％以下）に収まっており、非常に寸法精度の高い仕上がりとすることができることが分かる。
【００４７】
比較例１
実施例１において、弾性カーボン電極の代わりに通常のカーボン電極を用いたこと以外は、実施例１（１）と同様にして接合し、実施例１（３）と同様にして寸法変化を測定した。結果を図１４に示す。
図１４によれば、通常のカーボン電極を用いた場合、寸法変化が大きいことが分かる。即ち、偏差が大きく、寸法精度にバラツキが出ることが分かる。
また、このときの電流値をみると、２８００Ａも必要であった。
【００４８】
以上の結果からみると、本発明のように弾性カーボン電極を用いることにより、著しく寸法変化が小さく、非常に寸法精度の高い仕上がりとすることができることが分かる。
また、このときの電流値をみると、通常のカーボン電極を用いた場合には、２８００Ａも必要であったのに対して、本発明のように弾性カーボン電極を用いた場合には、６００Ａで接合することができ、著しく低い電流値でよいことが分かる。
これは本発明の弾性カーボン電極がバネ構造の故に電流密度が上がり発熱したため、接合部材へ熱供給を容易ならしめたためであると推察される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、寸法精度の厳しい接合部材の接合が容易となり、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とせずに、接合部材のつぶれを回避することができる。
従って、本発明は、特に寸法精度の厳しい接合部材の接合に極めて有効に利用することができる。また、例えば並列的に上下一対ずつ設けられている電極間に、当該弾性電極を使用することにより、一度に多数個の接合体を得ることもでき、著しく生産性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】請求項１に係る本発明のパルス通電による接合装置の一態様を示す説明図である。
【図２】電極２として、バネ６の上下にカーボンブロックの平板からなるバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）を配置したものを示す断面説明図である。
【図３】電極２として、バネ６の周囲に、カーボンチップ又はカーボンファイバー８を充填し、さらにその上下にカーボンブロックの平板からなるバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）を配置したものを示す断面説明図である。
【図４】電極２として、バネ６を用いずに、カーボンチップ又はカーボンファイバー８をカーボンブロックの平板からなる上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂの間に充填したものを示す断面説明図である。
【図５】図３に示される電極において、カーボンブロックの平板などからなるバネ部材７（上側バネ部材７Ａと下側バネ部材７Ｂ）、バネ６、カーボンチップ又はカーボンファイバー８の外周にカーボンシート９を巻いた状態を示す説明図である。
【図６】図２に示される電極において、下側バネ部材７Ｂとしてカーボンブロックの平板の代わりに、カーボンブロックをくりぬいた如き形状のものを用いた例を示す断面説明図である。
【図７】図２に示される電極において、下側バネ部材７Ｂとして、カーボンブロックの平板７の代わりに、カーボンブロックの平板の中央部に突起１０を設けた形状のものを用いた例を示す断面説明図である。
【図８】図７において、バネ６を１本用いた例を示す断面説明図である。
【図９】図２に示される電極において、下側バネ部材７Ｂだけでなく、上側バネ部材７Ａも、カーボンブロックの平板の中央部に突起１０を設けた形状のものを用いた例を示す断面説明図である。
【図１０】図９において、バネ６を１本用いた例を示す断面説明図である。
【図１１】実施例１における、１０段のリング状セル接合物より切り出した試験片について、ねじり破壊試験を行った後における状態を示す写真像図である。
【図１２】実施例１における各部位の寸法変化の測定部位（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を示す説明図である。
【図１３】実施例１における各部位の寸法変化の測定結果を示すグラフである。
【図１４】比較例１における各部位の寸法変化の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１  接合部材
２  電極
２Ａ  上ラム電極
２Ｂ  下ラム電極
３  パルス電流発生機
４  加圧手段
５  真空チャンバー
６  バネ
７  バネ部材
７Ａ  上側バネ部材
７Ｂ  下側バネ部材
８  カーボンチップ又はカーボンファイバー
９  カーボンシート
１０  突起
【図１】
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【図２】
2005230823.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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